硅纳米线复合体系气敏性能的实验与理论研究
发布时间：2021-05-06 16:46
本论文采用实验与理论相结合的方法研究了复合结构硅纳米线阵列气敏传感器对二氧化氮的吸附性能与敏感机理。理论方面,基于第一性原理密度泛函理论（DFT）计算方法,采用Materials Studio软件的CASTEP模块在微观原子分子水平上探究了银修饰硅纳米线对二氧化氮气体的吸附特性和敏感机理。首先,基于实验制备的硅纳米线阵列建立了沿[001]方向的硅纳米线模型;构建了Ag原子在硅纳米线表面5种不同位置的修饰模型,并计算了相应模型的修饰能、态密度图、电子转移量,发现Ag-Si2桥位是最佳的修饰位,同时电子结构计算结果表明Ag修饰系统呈现N型掺杂特征;进一步建立了NO2气体分子在Ag修饰的硅纳米线表面的吸附模型,并计算了相应模型的修饰能、态密度图、电子转移特性。相对于纯硅纳米线的吸附,计算结果表明二氧化氮分子在修饰的纳米线表面形成了强的自发吸附,表面二氧化氮分子吸附引入了浅的电子态密度。该理论研究结果与实验结果相一致;最后,研究了以范德瓦尔斯结为基础的硅纳米线阵列的模型对NO2气体分子的吸附,计算结果表明了范德瓦尔斯结的形成影响...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 气敏传感器简介
1.2 硅纳米线基气敏传感器研究现状及进展
1.2.1 硅纳米线气敏性能的理论研究
1.2.2 硅纳米线传感器电极工艺
1.3 本课题的主要研究内容与意义
第2章 理论计算基础与实验设备及制备方法
2.1 第一性原理
2.1.1 第一性原理计算理论
2.1.2 软件介绍及参数设置
2.2 实验设备及制备方法
2.2.1 实验药品及测试装置介绍
2.2.2 制备方法
第3章 Ag修饰硅纳米线的气敏特性的DFT研究
3.1 硅纳米线体系的气敏特性
3.1.1 NO_2分子在硅纳米线表面的吸附模型
3.1.2 计算结果及分析
3.2 Ag修饰硅纳米线的吸附与气敏特性
3.2.1 Ag修饰硅纳米线
3.2.2 NO_2分子在Ag改性硅纳米线表面的吸附模型
3.2.3 电子结构分析
3.3 银修饰硅纳米线电荷转移及气敏机理分析
3.4 硅纳米线范德瓦尔斯结的气敏特性研究
3.4.1 硅纳米线范德瓦尔斯结模型
3.4.2 范德瓦尔斯结二氧化氮气体吸附能
3.4.3 气体吸附与电学性能
第4章 团聚互连结构硅纳米线阵列的气敏研究
4.1 团聚互连结构硅纳米线阵列的制备
4.2 团聚互连硅纳米线的形貌表征
4.2.1 XRD与 EDS分析
4.2.2 SEM
4.3 团聚互连硅纳米线的气敏性能
4.3.1 动态响应恢复特性
4.3.2 选择性及稳定性
4.3.3 团聚互连硅纳米线的气敏机理分析
第5章 结论与展望
5.1 研究结论
5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]H2 sensing properties of modified silicon nanowires[J]. Latefa Baba Ahmed,Sabrina Naama,Aissa Keffous,Abdelkader Hassein-Bey,Toufik Hadjersi. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(02)
[2]气敏材料的研究进展[J]. 宁文生,杜丕一,翁文剑,韩高荣,沈鸽. 材料导报. 2002(08)
博士论文
[1]缺陷与应变调制ZnO和In2O3半导体d0铁磁性的第一原理计算研究[D]. 王海镔.湖南大学 2013
[2]3d过渡金属掺杂一维ZnO纳米材料磁光机理研究[D]. 张富春.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2009
[3]镁基储氢合金与Mg-Al（Ce）合金的相结构稳定性及相关性能研究[D]. 周惦武.湖南大学 2006
硕士论文
[1]WO3纳米线电子结构与气体吸附性能研究[D]. 李晓.天津大学 2012
[2]稀磁半导体ZnS掺杂Mn薄膜的研究[D]. 宋德王.北京交通大学 2012
[3]CO在部分过渡金属及氧化物表面吸附和反应的第一原理研究[D]. 李对春.太原理工大学 2011
本文编号：3172276
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 气敏传感器简介
1.2 硅纳米线基气敏传感器研究现状及进展
1.2.1 硅纳米线气敏性能的理论研究
1.2.2 硅纳米线传感器电极工艺
1.3 本课题的主要研究内容与意义
第2章 理论计算基础与实验设备及制备方法
2.1 第一性原理
2.1.1 第一性原理计算理论
2.1.2 软件介绍及参数设置
2.2 实验设备及制备方法
2.2.1 实验药品及测试装置介绍
2.2.2 制备方法
第3章 Ag修饰硅纳米线的气敏特性的DFT研究
3.1 硅纳米线体系的气敏特性
3.1.1 NO_2分子在硅纳米线表面的吸附模型
3.1.2 计算结果及分析
3.2 Ag修饰硅纳米线的吸附与气敏特性
3.2.1 Ag修饰硅纳米线
3.2.2 NO_2分子在Ag改性硅纳米线表面的吸附模型
3.2.3 电子结构分析
3.3 银修饰硅纳米线电荷转移及气敏机理分析
3.4 硅纳米线范德瓦尔斯结的气敏特性研究
3.4.1 硅纳米线范德瓦尔斯结模型
3.4.2 范德瓦尔斯结二氧化氮气体吸附能
3.4.3 气体吸附与电学性能
第4章 团聚互连结构硅纳米线阵列的气敏研究
4.1 团聚互连结构硅纳米线阵列的制备
4.2 团聚互连硅纳米线的形貌表征
4.2.1 XRD与 EDS分析
4.2.2 SEM
4.3 团聚互连硅纳米线的气敏性能
4.3.1 动态响应恢复特性
4.3.2 选择性及稳定性
4.3.3 团聚互连硅纳米线的气敏机理分析
第5章 结论与展望
5.1 研究结论
5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]H2 sensing properties of modified silicon nanowires[J]. Latefa Baba Ahmed,Sabrina Naama,Aissa Keffous,Abdelkader Hassein-Bey,Toufik Hadjersi. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(02)
[2]气敏材料的研究进展[J]. 宁文生,杜丕一,翁文剑,韩高荣,沈鸽. 材料导报. 2002(08)
博士论文
[1]缺陷与应变调制ZnO和In2O3半导体d0铁磁性的第一原理计算研究[D]. 王海镔.湖南大学 2013
[2]3d过渡金属掺杂一维ZnO纳米材料磁光机理研究[D]. 张富春.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2009
[3]镁基储氢合金与Mg-Al（Ce）合金的相结构稳定性及相关性能研究[D]. 周惦武.湖南大学 2006
硕士论文
[1]WO3纳米线电子结构与气体吸附性能研究[D]. 李晓.天津大学 2012
[2]稀磁半导体ZnS掺杂Mn薄膜的研究[D]. 宋德王.北京交通大学 2012
[3]CO在部分过渡金属及氧化物表面吸附和反应的第一原理研究[D]. 李对春.太原理工大学 2011
本文编号：3172276
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